Разработка системы управления технологической линией для производства изделий из вспененного полистирола

Цель исследования. При проектировании новых и модернизации существующих систем управления процессом вытягивания полимеров важную роль играет решение задач создания математических или имитационных моделей и синтеза алгоритмов управления, обеспечивающих снижение доли ручного труда. В статье приведен обзор подходов к разработке и моделированию систем автоматизированного управления экструзионными технологическими линиями производства изделий из полимеров. Рассмотрена возможность разработки и моделирования многомерной системы управления процессом вытягивания вспененного полистирола на основе пакета математического анализа Matlab. Актуальность темы исследования связана с тенденцией роста рынка потребления и реализации управления в условиях создания более сложных форм упаковки из полимеров.
Методы. Для разработки системы управления и ее анализа применены основы теории многомерных систем в задачах управления, теории переработки пластических масс, методы компьютерного моделирования систем управления.
Результаты. В статье представлен алгоритм управления процессом формования и его реализация в среде Simulink. Приведены и проанализированы графики изменения скорости вытягивания и скорости намотки, изменения толщины и натяжения полотна во времени. Представлена схема автоматизации технологической линии на основе разработанного алгоритма.
Заключение. Результаты тестирования модели показывают, что применение математического моделирования системы управления вытягиванием полотна пенополистирола возможно для решения вопроса повышения эффективности производства на действующем оборудовании, что и позволит приблизить их характеристики к новым технологическим линиям, оставив механическую часть без изменений. Значимость работы обусловлена тем, что применение современных систем управления позволяет улучшить качество изготавливаемой продукции, снизить расход сырья. Материалы и методики исследования могут быть применены при разработке проектов для других установок, например при производстве оптического полотна.

1. Торнер Р.В. Теоретические основы переработки полимеров (механика процессов). М.: Химия, 1977. 464 с.

2. Ганиев Р.Н. Математическая модель экструдера как объекта автоматического управления // Вестник Казанского технологического университета. 2014. Т. 17. № 5. С. 264-267.

3. Nikonova T. et al. Developing a measuring system for monitoring the thickness of the 6 m wide hdpe/ldpe polymer geomembrane with its continuous flow using automation equipment // Applied Sciences. 2021. Vol. 11. No. 21.

4. Pankaj M.P., Sadaphale D.B. A Study of Plastic Extrusion Process and its Defects. Manag. Appl. Sci. 2018. VII. P. 13–20.

5. Чистякова Т.Б., Полосин А.Н. Математические модели и программный комплекс для управления экструзионными процессами в гибких многоассортиментных производствах полимерных материалов // Вестник ЮУрГУ. 2019. Т. 12. № 4. С. 5-28.

6. Беляева Н.А., Прянишникова Н.А. Математическое моделирование в задачах экструзии // Вестник Сыктывкарского университета. 2012. № 15. С. 31-44.

7. Орлов С.П. Адаптивная система управления экструзионной линии // Научный потенциал вуза производству и образованию: сб. материалов науч.-практ. конференции. Армавир, 2003. C. 81-82.

8. Чостковский Б.К., Митрошин В.Н. Автоматизация процесса экструзии пористой кабельной продукции на основе цифрового регулятора // Автометрия. 2017. Т. 53. № 4. С. 74-83.

9. Ухарцева И.Ю. Цветков В.А. Гольдаде Е.А. Методы изготовления полимерной упаковки для пищевых продуктов (обзор) // Пластические массы. 2020. № 7-8. С. 40-48.

10. Александров А.Г. Синтез регуляторов многомерных систем. М.: Машиностроение, 1986. 272с.

11. Assi A.H. Engineering Education and Research Using Matlab. InTech, 2011. 490 p.

12. Сhapra S.C. Applied Numerical Methods with MATLAB for Engineering and Science. McGraw-Hill Science, 2012. 651 p.

13. Taan S. ElAli. Continuous Signals and Systems with MATLAB, 3rd Edition, 2021. 362 р.

14. Моделирование системы управления режимами токарной обработки с учетом изменения температуры в зоне резания / В.Г. Рубанов, И.А. Рыбин, С.А. Сильченко [и др.] // Известия Юго-Западного государственного университета. Серия: Управление, вычислительная техника, информатика. Медицинское приборостроение. 2020. Т. 10. № 3/4. С. 50-63.

15. Зеленые технологии: промышленное приложение при управлении технологическими процессами / В.Г. Рубанов, Д.А. Юдин, А.Г. Бажанов [и др.]. Белгород: БГТУ им. В.Г. Шухова, 2016. 116 с.

16. Автоматизация процесса производства пенополистирола. URL: https://owen.ru/project/avtomatizacziya-proczessa-proizvodstva-penopolistirola.

17. Инновационные аспекты производства вспененной полистирольной упаковки. URL: http://bel-pack.ru/page14.